高二化学竞赛晶体经典习题例题

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1、高二竞赛辅导——晶体结构2006-6-161．纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它的许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比96%2．近年来科学家们发现由100个碳原子构成具有完美对称性的C100原子团，每个碳原子可形成4个化学键，最内部是由20个碳原子构成的正十二面体，外层的60个碳原子形成12个分立的正五边形，处于中间层次的碳以单键方式将内外层碳原子连接在一起，当它与氟的单质反应形成分子时，其分子式应为（A）A．C100F60B.C100F20C.C100F

2、12D.C100F403．氢气是重要而洁净的能源，要利用氢气作能源，必须安全有效地储存氢气。有报道称某种合金材料有较大的储氢容量，其晶体结构的最小单元如右图所示。则这种合金的化学式为（D）。A．LaNi6B．LaNi63C．LaNi4D．LaNi54．原子簇化学是当前化学中最饶有兴趣而又极其活跃的领域之一。当前比较全面的定义是由徐光宪、江元生等人提出的：凡以3个或3个以上原子直接键合构成的多面体或笼为核心，连接外围原子或基团而形成的结构单元称原子簇.分子式为CnHn的多面体碳烷是典型的主族簇合物，下面是已经报道的碳烷多面体，请归纳总键数为[(3n/2)+

3、n]=5n/2；若多面体边数为l，则总键数用n和l表示为多少(4n－l)5．镍砷合金的晶体如右图所示(1)试画出该合金的晶胞图(2)试写出该合金的化学式(3)试计算该合金的密度(晶胞参数为a＝360．2pm，c＝500．9pm)(4)写出各原子分数坐标(5)Ni利As的配位数分别为多少?它们各占有何种空隙类型?6．最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在一起进行(面心)立方最密堆积(ccp)，它们的排列有序，没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计原子），它

4、们构成两种八面体空隙，一种由镍原子构成，另一种由镍原子和镁原子一起构成，两种八面体的数量比是1:3，碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。1画出该新型超导材料的一个晶胞（碳原子用小球，镍原子用大球，镁原子用大球）。2写出该新型超导材料的化学式。答案：6－1（5分）在（面心）立方最密堆积－填隙模型中，八面体空隙与堆积球的比例为1:1,在如图晶胞中，八面体空隙位于体心位置和所有棱的中心位置，它们的比例是1:3，体心位置的八面体由镍原子构成，可填入碳原子，而棱心位置的八面体由2个镁原子和4个镍原子一起构成，不填碳原子。6－2MgCNi3（化学式中元素的顺序可

5、不同，但原子数目不能错）。（1分）7．88.1克某过渡金属元素M同134.4升（已换算成标准状况）一氧化碳完全反应生成反磁性四配位络合物。该配合物在一定条件下跟氧反应生成与NaCl属同一晶型的氧化物。（1）推断该金属是什么；（2）在一定温度下MO可在三氧化二铝表面自发地分散并形成“单分子层”。理论上可以计算单层分散量，实验上亦能测定。(a)说明MO在三氧化二铝表面能自发分散的主要原因。(b)三氧化二铝表面上铝离子的配位是不饱和的。MO中的氧离子在三氧化二铝表面上形成密置单层。画出此模型的图形；计算MO在三氧化二铝(比表面为178m2/g)表面上的最大单层

6、分散量（g/m2）(氧离子的半径为140pm)。答案13－1（88.1g/MM）：（134.4L/22.4L·mol-1）＝1:4（1分）MM＝58.7g·mol-1M是Ni（1分）（共2分）13－2(a)主要原因是混乱度（熵）增加了（从表面化学键角度讨论焓变、熵变和自由能变化也可）。(b)氧离子在氧化铝表面作密置单层排列，镍离子有规律地填入三角形空隙(图)。（密置层1分，填隙1分，共2分）1个“NiO”截面：(2rO2-)2sin120o＝(2×140×10-12m)2sin120o＝6.79×10-20m2（2分）1m2Al2O3表面可铺NiO数：1

7、m2／6.79×10-20m2＝1.47×1019（1分）相当于：74.7g·mol-1×1.47×1019m-2÷6.022×1023mol-1＝1.82×10-3g(NiO)/m2(Al2O3)1个“NiO”截面算成6.78×10-20m2，相应的1m2Al2O3表面可铺NiO数为1.48×1019，不扣分。8．晶体是质点（分子、离子或原子）在空间有规则地排列而成的、具有整齐的外形、以多面体出现的固体物质。在空间里无限地周期性地重复能成为晶体具有代表性的最小单位，称为单元晶胞（平行六面体）。晶胞顶点质点对其晶胞的贡献为1/8，棱上质点为1/4，面上质

8、点为1/2。　⑴1987年科学家发现了高温超导体钇钡铜氧材料，其晶胞如右图所示。